近日，南方科技大學化學系蔣偉課題組首次發(fā)現(xiàn)利用較弱的非共價鍵相互作用也可實現(xiàn)非常強的正協(xié)同效應。通過X射線單晶衍射技術(shù)，直觀地證明了弱C-H···O氫鍵是此協(xié)同效應的決定性因素。這項研究為構(gòu)建復雜超分子體系提供了新思路，研究成果發(fā)表在化學類頂級期刊《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed., Impact Factor = 11.994），并被選作封面。
協(xié)同效應是生命體系與群居動物的重要特征。分子水平上的協(xié)同效應可分為變構(gòu)（allosteric）協(xié)同效應，螯和（chelate）協(xié)同效應和環(huán)間（interannular）協(xié)同效應等三類。其中變構(gòu)協(xié)同效應是生物大分子在進行分子識別時的主要特征。協(xié)同效應主要表現(xiàn)為第一個鍵合行為對后續(xù)鍵合行為的影響。對于變構(gòu)協(xié)同效應來說，可以由協(xié)同因子α來衡量：當α﹥1，第一個鍵合行為有利于后續(xù)鍵合，為正協(xié)同效應；而α﹤1，則不利于后續(xù)的鍵合行為，為負協(xié)同； α=1，則不影響，為無協(xié)同效應。復雜的超分子組裝體主要依賴于正協(xié)同效應，以克服熵的不利。利用弱相互作用的變構(gòu)協(xié)同效應，普遍存在于生物體系中，但在人工體系中卻鮮有報告。
蔣偉課題組基于剛性分子鉗，精心設計了醚鍵橋連的分子管。這類大環(huán)分子具有獨特的富電子空腔，能夠與有機陽離子鍵合。當客體尺寸合適時，兩個大環(huán)分子可以鍵合到一個客體上。相關(guān)實驗表明，客體對兩個大環(huán)分子的鍵合存在較強的協(xié)同效應，協(xié)同因子α最高可達580！這是目前所報道的非離子對體系中最強的。X-射線單晶衍射數(shù)據(jù)表明，相對較弱的C-H···O氫鍵是這個強協(xié)同效應的主要驅(qū)動力（下圖左）；诖搜芯拷Y(jié)果，蔣偉課題組還構(gòu)建了更加復雜的組裝體（下圖右），展示了該建筑模塊在構(gòu)建復雜超分子體系方面的潛力。
論文第一作者是南科大與澳門大學聯(lián)培的在讀博士生馬延龍，南科大化學系博士后柯華也為該研究做出重要貢獻，芬蘭合作者在部分單晶解析上提供了幫助。該研究得到了國家自然科學基金、中組部“青年千人計劃”、南科大科研啟動經(jīng)費、深圳市科創(chuàng)委基礎研究項目等經(jīng)費的支持。
論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201711077/full
